За допомогою 4,1-метрового телескопа SOAR в Чилі астрономи вперше⁕ виявили подвійну систему, де зоря, що еволюціонує до стану білого карлика, обертається навколо нейтронної зорі, яка нещодавно стала пульсаром, тобто нейтронною зорею з швидким обертанням навколо власної осі. Пара, яку спершу виявив космічний гамма-телескоп Fermi («Фермі»), — це приклад «відсутньої ланки» в еволюції таких подвійних систем. Астрономи теоретично передбачено їх давно, але досі не спостерігали.
З’ясовано — яскравим таємничим джерелом гамма-променів є нейтронна зоря з швидким обертанням (такі об’єкти в астрономії називають мілісекундними пульсарами). Водночас вона обертається навколо зорі, що перебуває у процесі еволюції в білого карлика з дуже малою масою. Ці типи подвійних систем астрономи називають «павуками», бо пульсар прагне «з’їсти» зовнішні шари зорі-компаньйона, коли він перетворюється на білого карлика.
Телескоп SOAR встановлено на горі Серро-Пачон в Чилі. Він входить до складу Міжамериканської обсерваторії Серро Тололо (Cerro Tololo Inter-American Observatory, CTIO), якою керує Національна дослідницька лабораторія оптичної та інфрачервоної астрономії (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory, NOIRLab) Національного наукового фонду США.
Космічний гамма-телескоп NASA Fermi з часу його запуску в 2008 р. виявляє об’єкти у Всесвіті, що є джерелами гамма-променів, але не всі знайдені ним джерела астрономи змогли ототожнити з конкретними небесними тілами чи явищами. Одне з таких — 4FGL J1120.0-2204 — було другим найяскравішим джерелом гамма-променів на всьому небі, але досі залишалося неідентифікованим. Від цього загадкового об’єкт, крім гамма-випромінювання, за допомогою космічних телескопів Swift (належить NASA) і XMM-Newton (належить Європейському космічному агентству) було зареєстровано рентгенівське випромінювання.
Щоб з’ясувати його природу, астрономи зі Сполучених Штатів і Канади на чолі з Семюелом Свіхартом (Samuel Swihart) з Лабораторії військово-морських досліджень США у Вашингтоні, використали спектрограф Гудмена на телескопі SOAR. Науковці з’ясували: джерелом гамма-випромінювання є подвійна система до складу якої входить мілісекундний пульсар з періодом обертання в сотню разів на секунду, і зоря-попередник білого карлика дуже малої маси. Ситема зір лежить від Землі на відстані понад 2600 світлових років.
За словами Свіхарта відкриття стало можливим завдяки тому, що Університет штату Мічиган забезпечив не лише роботу телескопа SOAR у південній півкулі, але й точність і стабільність спектрографа Ґудмена.
«Це чудовий приклад того, як телескопи середнього розміру загалом, і SOAR зокрема, можуть бути використані, щоб допомогти прояснити незвичайні відкриття, зроблені за допомогою інших наземних та космічних інструментів», — зазначив Кріс Девіс (Chris Davis), директор програми NOIRLab в Національному науковому фонді. «Ми очікуємо, що в найближчому десятилітті SOAR відіграватиме вирішальну роль у спостереженнях багатьох інших джерел, що змінюються в часі та випромінюють у різних діапазонах електромагнітного спектра».
Оптичний спектр подвійної системи, отриманий за допомогою спектрографга Ґудмена, показав, що світло від зорі-попередника білого карлика зазнає доплерівського зсуву — зміщується по черзі в червону і синю ділянки спектра. Це вказує на те, що зоря обертається навколо компактної масивної нейтронної зорі з періодом 15 годин.
«Спектри також дали нам змогу обмежити приблизну температуру та силу тяжіння на поверхні зорі-компаньйона», — сказав Свіхарт. На підставі цих значень науковці розробили моделі, що описують еволюцію подвійних зоряних систем, й визначили — супутник є попередником білого карлика дуже малої маси. Температура його поверхні становить 8200 °C, а маса лише 17% маси Сонця.
Коли зоря з масою, як у Сонця або меншою, досягне кінця свого життя, у неї закінчиться водень — її «паливо», що згорає у процесі ядерного синтезу в її ядрі. Якийсь час паливом для зорі стає гелій. На цьому етапі еволюції зоря спершу стискається і нагрівається, а далі розширюється і перетворюється на червоного гіганта розміром у сотні мільйонів кілометрів. Згодом зовнішні шари цієї розбухлої зорі можуть з’єднатися із зорею-супутником, і її ядерний синтез припиниться і вона стане білим карликом. Його розміри співмірні з розмірами Землі, а температура на поверхні перевищує 100 000 °C.
Зоря з системи 4FGL J1120.0-2204 тільки з часом має стати білим карликом, тобто вона ще не закінчила еволюцію. «Наразі вона роздута і її радіус приблизно вп’ятеро більший, ніж у звичайних білих карликів з такими масами», — зауважив Свіхарт. «Вона буде охолоджуватися та зменшуватися в розмірах і приблизно через два мільярди років буде мати такий вигляд, як інші білі карликі дуже малої маси, що нам вже відомі».
Мілісекундні пульсари обертаються сотні разів щосекунди. Вони розкручуються шляхом нарощування речовини від супутника, в цьому випадку від зорі, яка перетворюється на білого карлика. Більшість мілісекундних пульсарів часто є джерелом гамма- та рентгенівського випромінювання. Воно виникає, коли вітер від пульсара, тобто потік заряджених частинок від зорі з швидким обертанням, стикається з речовиною, викинутою у міжзоряний простір зорею-компаньйоном.
Відомо близько 80 білих карликів дуже малої маси, але «це перший попередник майбутнього білого карлика дуже малої маси, який, ймовірно, обертається навколо нейтронної зорі», — сказав Свіхарт. Отже, 4FGL J1120.0-2204 — це унікальна можливість спостерігати закінчення процесу розкручування пульсара. Усі інші відкриті подвійні системи білого карлика і пульсара вже давно пройшли таку стадію.
«Спектроскопія за допомогою телескопа SOAR, націленого на неототожнені джерела гамма-випромінювання від “Фермі”, дала нам змогу побачити, що супутник обертається навколо чогось», — підкреслив Свіхарт. «Без цих спостережень ми б не змогли знайти цю захопливу систему».
За інф. з сайту https://noirlab.edu
⁕Від редактора: Це відкриття «дотичне» до отриманого раніше результату про який ідеться у замітці «Виявлено подвійну зорю нового типу, існування якого астрономи передбачали давно» на нашому сайті.
